Akumulatory litowo-jonowe: urządzenie, zasady działania, zalecenia dotyczące prawidłowego ładowania akumulatora

Większość nawyków związanych z zarządzaniem bateriami wśród użytkowników wywodzi się ze stereotypów dotyczących konserwacji baterii niklowych, które nie mają zastosowania do następnej generacji baterii litowych. Technicznie są one ułożone inaczej, a zachodzące w nich procesy elektrochemiczne mają wiele różnic. Dlatego bardzo ważne jest, aby wiedzieć, jak ładować akumulatory litowo-jonowe i pamiętać o specyfice ich działania.

Nowoczesne baterie

Najwcześniejsze prace nad bateriami litowymi rozpoczął amerykański chemik Gilbert Newton Lewis w 1912 roku. Pierwsze egzemplarze robocze pojawiły się w latach 70., ale problemy z możliwością ich ładowania zostały przezwyciężone dopiero 10 lat później. Technologia została skomercjalizowana przez Sony Corporation w 1991 roku. Od tego czasu ewolucja ogniw litowych nie ustała i nadal się poprawiają.

Bateria Li-Ion, jak każda inna, składa się z kilku połączonych ze sobą ogniw. Każdy z nich składa się z trzech funkcjonalnych elementów: anody (elektrody ujemnej), katody (elektrody dodatniej) oraz oddzielających je warstw wykonanych z polietylenu lub polipropylenu. Warstwy te zawierają pory, które mogą się zamykać w temperaturach przekraczających 130 ° C, co powoduje zatrzymanie jakiejkolwiek reakcji chemicznej w przypadku przegrzania akumulatora.

Producenci dostarczają również różne przedmiotyzapewnienie bezpieczeństwa. Takich jak np. membrany, które łamią szczelność w przypadku nadciśnienia lub odpowiednie zawory.

Chociaż nowoczesne akumulatory są dość bezpieczne, nadal wymagają ostrożności podczas obsługi.

Lit i jon w tytule

Lit jest najlżejszym metalemktóry ma doskonałe właściwości elektrochemiczne. Umożliwiło to stworzenie akumulatorów o dużej gęstości energii w stosunku do masy. Ze względów bezpieczeństwa sam lit nie występuje w postaci metalicznej w ogniwach akumulatora ze względu na jego naturalną niestabilność. Uczestniczy w reakcji w postaci jonów, które mają zdolność wnikania w siatkę metalową innych metali.

Katoda z reguły składa się z dwutlenku kobaltu, anoda z grafitu, a elektrolit jest przewodzącą solą. Jako kolektory prądu dla elektrody dodatniej stosuje się aluminium, a dla elektrody ujemnej miedź. Jony litu przemieszczają się z katody do anody podczas rozładowywania i odwrotnie podczas ładowania akumulatora. Pewne zamieszanie w zrozumieniu zasady działania może spowodować nazwa baterii Li-Pol (litowo-polimerowych). W rzeczywistości to wciąż ta sama bateria jonowa, tylko nieznacznie ulepszona.

Funkcje w porównaniu z bateriami niklowymi:

• Duża różnica potencjałów. Zazwyczaj 3,6 V dla Li-ion i 1,2 V dla NiCd i NiMH.
• Kilkukrotnie większa pojemność i moc na jednostkę masy.
• Niski współczynnik samorozładowania. Około 8% w 20 ° C w porównaniu do 25% dla baterii niklowych.
• Możliwość dokładnego określenia stanu pojemności resztkowej. Zmienność napięcia przy rozładowaniu jest większa w porównaniu do akumulatorów niklowych.
• Możliwość nadania bateriom dowolnego kształtu.
• Podatność na starzenie. Od momentu produkcji zaczynają tracić zdolność magazynowania ładunku i generowania napięcia niezależnie od sposobu ich użytkowania.
• Ryzyko wybuchu i pożaru. Ciepło generowane podczas reakcji chemicznych czasami wymyka się spod kontroli.

Zasilanie bateryjne

Pomimo faktu, że koszt produkcji baterii litowych znacznie spadł w ciągu ostatnich 10 lat, nadal są one wystarczająco drogie, aby być materiałem eksploatacyjnym, takim jak baterie AA. Dlatego prosta wiedza o tym, jak przechowywać akumulatory litowo-jonowe, jak z nich korzystać i jak je ładować, pomoże Ci zaoszczędzić sporo pieniędzy i uniknąć kłopotów.

Uwaga na rozładowanie

Uważa się, że przed naładowaniem baterii litowej konieczne jest jej całkowite rozładowanie. Ten algorytm operacyjny był odpowiedni dla ogniw Ni. W rzeczywistości nigdy nie musisz całkowicie rozładowywać akumulatora litowo-jonowego, ponieważ może on stracić pojemność. Technologia elektroniczna z reguły monitoruje to i z wyprzedzeniem informuje o zagrożeniu całkowitym rozładowaniem. Jest to ważne również dlatego, że baterie często zapewniają działanie sprzętu, który jest uszkadzany przez niekontrolowaną, nagłą przerwę w zasilaniu.

Ponadto pełne rozładowanie powoduje degradację chemiczną elementów wewnątrz akumulatora. Z tego powodu późniejsze natychmiastowe ładowanie może być potencjalnie niebezpieczne. Z tego powodu inteligentna elektronika może zabronić pracy z baterią, aby wykluczyć wszelkie incydenty. To ostatnie może spowodować, że bateria nie będzie nadawała się do użytku. Nie zaleca się używania więcej niż 95% pojemności baterii, gdy tylko jest to możliwe. Małe wkłady w przypadku baterii litowych są najbardziej odpowiednim trybem pracy.

Eksperci uważają, że należy unikać dalszego ładowania po naładowaniu baterii.. Teoretycznie nowoczesne ładowarki powinny na czas zatrzymać ten proces..

Ale po pierwsze różne kopie baterii mogą się od siebie różnić, a po drugie chemiczne procesy wewnątrz elementów są raczej obojętne, dzięki czemu elektronika może dokładnie określić moment wyłączenia niełatwe.

Cykle ładowania

Wbrew powszechnemu przekonaniu liczba cykli ładowania to nie to samo, co liczba prób ładowania akumulatora. Na przykład bateria zużyta dwukrotnie z 50% pojemności. Dwa ładunki akumulatora litowo-jonowego po 50% odpowiadają jednemu cyklowi ładowania, a nie dwóm, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Dzięki temu nie trzeba czekać, aż bateria się wyczerpie.

Od wszystkich zasad są wyjątki. Tryb, w którym akumulator jest całkowicie rozładowany, a następnie ciągłe ładowanie nazywa się kalibracją i ma na celu wyjaśnienie działania systemów analizujących stan akumulatora. Zaleca się wykonywanie tej procedury co miesiąc, zwłaszcza jeśli bateria poddawana jest bardzo częstym i małym doładowaniom.

ZaGłębokość rozładowania a żywotność baterii:

• 100% = 300-500 cykli ładowania;
• 50% = 1200-1500 cykli.

Temperatura i przechowywanie

Bardzo ważne jest, aby akumulator był ładowany w zakresie temperatur od 0 do 45°C. Poniżej zera tempo reakcji chemicznych zwalnia, a powyżej 45°C ciśnienie w akumulatorze staje się zbyt wysokie. Uważa się, że optymalna temperatura pracy to 20°C, a liczba ta jest bardzo ważnym elementem w żywotności baterii.

Jeśli mówimy o długotrwałym przechowywaniu, to w tym przypadku reżim temperaturowy jest nie mniej istotny. Idealne jest chłodne, suche miejsce bez bezpośredniego światła słonecznego. Poziom naładowania resztkowego jest niezwykle ważny dla utrzymania wydajności baterii litowych.

Uważa się, że ogniwa naładowane w połowie lub nieco mniej będą w najlepszym stanie po spoczynku. Tak przechowuje się baterie w punktach sprzedaży detalicznej.

Możemy więc stwierdzić, że cykl życia akumulatorów litowo-jonowych można wydłużyć za pomocą prostych zasad: używanie tylko wysokiej jakości ładowarki, kontrola nad trybami ładowania i rozładowywania, terminowa kalibracja, ochrona przed przegrzaniem baterii i hipotermia.